Li-ionbatterijen (LIB's) worden veel gebruikt in mobiele elektronica. Bezorgdheid over de opwarming van de aarde en klimaatverandering hebben recentelijk de vraag naar LIB's in elektrische voertuigen en het afvlakken van fotovoltaïsche zonne-energie gestimuleerd. Si is onderzocht als een actief materiaal met een hoge theoretische capaciteit van 3578 mAh/g, dat is ongeveer tien keer hoger dan dat van grafiet (372 mAh/g).

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers van de universiteit van Osaka heeft vlokvormig Si-nanopoeder gebruikt omwikkeld met ultradunne grafietvellen (GS's) om LIB-elektroden te fabriceren met een hoge oppervlaktecapaciteit en stroomdichtheid.

Over het algemeen behandeld als industrieel afval, Si-spanen worden gegenereerd met een snelheid van 100, 000 ton per jaar wereldwijd uit Si-blokken die worden geproduceerd uit silica via processen bij 1000 ~ 1800 ° C. Koelvloeistoffen op waterbasis en draadzagen met vaste slijpkorrel maken de weg vrij voor het gebruik van Si-spanen als actief anodemateriaal met een hoge capaciteit tegen lagere kosten.

Nano-koolstofmaterialen zijn toegepast op Si-elektroden om de elektrische geleidbaarheid en recycleerbaarheid te verbeteren. Er zijn veel strategieën aangetoond voor het omgaan met grote volumeverandering van Si-elektroden tegen relatief hoge kosten. Echter, de Si-elektroden combineren niet alle vereisten voor hoge elektrodeprestaties, namelijk lagere kosten, milieuvriendelijkheid van materialen en processen, en circulaire economie.

"In dit onderzoek, Si / grafietplaatcomposieten van Si-spanen en geëxpandeerd grafiet worden gebruikt als het actieve materiaal met lagere kosten en thermisch budget (figuur 1). Si-nanopoeder wordt gedispergeerd en verpakt tussen GS's vervaardigd uit geëxpandeerd grafiet (Fig. 2), " legt eerste auteur Jaeyoung Choi uit. "GS-bruggen worden gevormd over scheuren en onderdrukken het barsten en afpellen van Si. Geagglomereerde GS's wikkelen Si/GS-composieten, en werken als stabiele frameworks die elektrolytpaden en bufferruimten beveiligen voor Si-volumeverandering."

De Si/GS-composietstructuur en de delithiatiebeperking verbeteren de recycleerbaarheid tot 901 cycli bij 1200 mAh/g. De oppervlaktedelithiatiecapaciteit en stroomdichtheid van de Si/GS-elektroden nemen lineair toe tot 4 mAh/cm ² en 5 mA/cm ² , respectievelijk, met de massabelasting gedurende meer dan 75 cycli (Fig. 3), terwijl dikke elektroden met C-gecoat Si vervaardigd in C2H4 niet concurrerend zijn.

"Si-anodebatterijen met een hoge capaciteit en hoge stroomdichtheid hebben het potentieel om in elektrische voertuigen te worden gebruikt. Dit potentieel, gecombineerd met toenemende productie van Si-spanen als industrieel afval, zal ons werk in staat stellen bij te dragen aan een vermindering van de uitstoot van broeikasgassen en het bereiken van SDG's, ", zegt corresponderende auteur Taketoshi Matsumoto.